Применения циркуляционного переводника серии DECS

Песин М.В., Халтурин О.А., Макаренков Е.С., Макаров В.Ф., Сахаутдинов Т.И.

ПНИПУ,

«СК «Буровое оборудование»

Основой исследования явились нормативно-правовые документы Российской Федерации в области промышленной и экологической безопасности.
Исследуется эффективность применения циркуляционного переводника в качестве профилактической меры по минимизации рисков возникновения аварийных ситуаций при бурении нефтегазовых скважин на месторождениях Западной Сибири.
В данной статье описана конструкция циркуляционного переводника, которая защищена патентом на полезную модель, описаны устройство и принцип работы переводника, результаты его промысловых испытаний. Исследуется эффективность применения циркуляционного переводника серии DECS
ООО «СК «Буровое оборудование» в качестве профилактической меры по минимизации рисков возникновения аварийных ситуаций
при бурении нефтегазовых скважин.
На основе полученных результатов исследований предложено техническое решение для повышения эффективности бурения и минимизации рисков возникновения аварий.
Введение
Нефтяные и газовые скважины, являясь горнотехническими сооружениями, представляют собой опасные производственные объекты (согласно определению, данному Федеральным законом от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1]).
Одним из самых главных рисков для всех вовлеченных в процесс строительства скважин является поглощение бурового раствора. Трещиноватые, кавернозные породы, породы с повышенной проницаемостью — потенциально поглощающие объекты, поэтому подобная проблема актуальна для большинства нефтегазоносных провинций России: в Волго-Уральском регионе (Оренбургская область, Башкортостан), на месторождениях Западной Сибири, в Тимано-Печорском регио-
не (Республика Коми) и в Восточной Сибири.

Поглощение бурового раствора, сопровождающееся снижением гидростатического давления на стенки скважины, создает благоприятные условия для газонефтеводопроявлений (ГНВП), ведет
к осыпям и обвалам горных пород в ствол скважины, что нарушает целостность ствола скважины. Поглощение может привести как к дифференциальному, так и к механическому прихватам инструмента и потере оборудования, к рискам дополнительной работы с хим. реагентами для людей, к существенным затратам времени и средств на преодоление сложившихся ситуаций,
а также к гибели людей [3].
ГНВП представляет собой выброс газа/нефти/воды из продуктивного пласта в скважину через устье на поверхность за очень короткое время, способный разрушить устьевое оборудование, основание и мачту буровой установки. Газ и нефть в короткое время воспламеняются и дотла выжигают все на сотни метров вокруг. Буровая установка сгорает в считанные минуты. Выброс разделяется на управляемый (фонтан) и неуправляемый. Управляемый выброс ликвидируется силами бригады, при неуправляемом привлекаются специальные службы МЧС и военные.

Выбросы происходят из-за несоответствия давления столба бурового раствора пластовому, поглощения в несовместимых гео-логических зонах (верхний пласт проявляет, нижний поглощает), поглощения в очень проницаемом продуктивном горизонте. Обычно самый действенный способ ликвидировать выброс — закачать в скважину на противодавлении большое количество бурового раствора. Плотность раствора при этом должна обеспечивать противодавление пластовому давлению воды/нефти/газа. При одновременном поглощении необходимо использовать наполнители так, чтобы закольматировать проницаемый газоносный горизонт [2].
В отдельных случаях все вышеперечисленные факторы приводят к потере скважины, гибели людей, значительному экологическому ущербу и огромным финансовым затратам на ликвидацию последствий [3].
Борьба с аварийными ситуациями должна осуществляться до момента их появления, то есть на более ранних стадиях, когда затраты на их ликвидацию и опасность для обслуживающего персонала и окружающей среды минимальны.
Циркуляционный переводник серии DECS
Циркуляционный переводник серии DECS буровой колонны относится к устройствам выборочной подачи текучей среды в ствол скважины. Техническая задача — это повышение надежности, упрощение управления траекторией подачи текучей среды, снижение гидравлических потерь, улучшение эксплуатационных характеристик и борьба с аварийными ситуациями.
Переводник циркуляционный — циркуляционный клапан — служит для борьбы с поглощениями бурового раствора, позволяет переключать поток жидкости из внутреннего пространства буровой колонны в затрубное при бурении нефтяных и газовых скважин, устанавливается в компоновку низа бурильной колонны (КНБК).
Управление режимами работы данных переводников осуществляется без проведения спуско-подъемных операций (СПО) при помощи управляющих шаров, забрасываемых внутрь бурильной колонны на поверхности и доставляемых к переводнику потоком бурового раствора.
Рис. 1. Циркуляционный переводник бурильной колонны
Данный переводник рекомендован для постоянного включения в КНБК в качестве профилактической меры по минимизации рисков возникновения аварийных ситуаций и задействуется в следующих случаях:
  • закачка всех типов кольматационных и тампонажных материалов в зоны поглощения промывочной жидкости, прокачивание которых через нижележащие элементы КНБК не желательно;
  • улучшение очистки ствола скважины путем увеличения расхода промывочной жидкости (в частности при бурении горизонтальных скважин и скважин с большим отходом забоя от вертикали);
  • отсечение нижележащей компоновки от попадания окалины и затвердевшего бурового раствора при наращивании бурильной колонны;
  • кислотные обработки, включая работы по ликвидации аварий, связанных с прихватом бурильного инструмента.

Внутри корпуса клапана (1) расположен подпружиненный поршень (2). В исходном состоянии поршень упирается в гайку (3). Поршень имеет седло (4), позволяющее улавливать шар активации и удерживать его от продавливания вниз (по ходу течения жидкости) с регламентированным усилием (соответствует давлению деактивации).
Для предотвращения попадания управляющих шаров и посторонних предметов в нижележащие элементы (по ходу движения промывочной жидкости), ниже клапана установлен шароуловитель (6). Шароуловитель содержит корзину (7), предусматривающую улавливание и накопление управляющих шаров, при этом обеспечивая проток жидкости через шароуловитель.
Рис. 1. Циркуляционный переводник бурильной колоны
Рис. 3. Порты
Промысловые испытания
В России на объектах нефтегазовой промышленности Западной Сибири компании, бурившие скважины с использованием циркуляционных переводников серии DECS, неоднократно приводили их в действие для борьбы с поглощением бурового раствора, что позволило им снизить потери бурового раствора и избежать возникновения других осложнений или аварий [3].
Применение циркуляционных переводников также позволило:
  • улучшить очистки ствола скважины;
  • сохранить нижележащие элементы КНБК от зашламовывания, попадания посторонних предметов, связанных с нарушением правил и ведения работ;
  • сохранить нижележащую компоновку при кислотных обработках, связанных с прихватом бурильного инструмента.
За одну операцию циркуляционные переводники серии DECS превосходили по числу выполненных циклов все стандартные инструменты, имеющиеся на рынке.
Рис. 4. Шароуловитель
ИТОГИ
Предложены решения для поддержания целостности ствола скважины; снижения рисков дифференциального и механического прихватывания бурового оборудования; предотвращения человеческих жертв.
ВЫВОДЫ
К сожалению, на сегодняшний день нет универсального средства для предупреждения или предотвращения поглощения при бурении кавернозных или сильно трещиноватых пластов.
Особой эффективностью и надежностью отличаются технологии бурения с применением специализированного оборудования, а именно использование циркуляционных переводников серии DECS, что является обоснованным и экономически эффективным методом борьбы с поглощениями без опасения зашламовывания и попадания посторонних предметов в нижележащие элементы КНБК, а также для качественной очистки горизонтальных и наклонных участков скважин.
Сейчас многие буровые компании, пытаясь уменьшить расходы, предпочитают сэкономить на дополнительных инструментах в КНБК. Однако стоимость аренды циркуляционного переводника ничтожно мала в свете вероятных потерь бурового раствора, а тем более отягощенных последствий.

ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 № 116-ФЗ.
2. Бурение — Осложнения и ликвидация. URL: https://engineering-ru.livejournal.com/439850.html
3. Технология за Круглым Столом: Поглощения бурового раствора. 3 сентября, 2016. URL: https://rogtecmagazine.com/технология-за-круглым-столом-поглоще/?lang=ru
БЛАГОДАРНОСТЬ
Работа была подготовлена при поддержке: кафедры «Инновационные технологии машиностроения» механико-технологического факультета ПНИПУ, ГК Ай Ди Эс навигатор, Baker Hughes, Weatherford, ЗАО «ТЕХНОБУРСЕРВИС», ООО «ГЕРС Инжиниринг», ООО «Центр горизонтального бурения».
Песин М.В., Халтурин О.А., Макаренков Е.С., Макаров В.Ф., Сахаутдинов Т.И.

ПНИПУ, ООО «СК «Буровое оборудование»

m.pesin@mail.ru
Материалы и методы
Ключевые слова
Для цитирования
Поступила в редакцию
УДК и DOI
Промышленная безопасность опасных производственных объектов.
нефтяные и газовые скважины, промышленная безопасность, поглощение бурового раствора, циркуляционный переводник
Песин М.В., Халтурин О.А., Макаренков Е.С., Макаров В.Ф., Сахаутдинов Т.И. Повышение эффективности бурения и минимизация рисков возникновения аварий при бурении нефтегазовых скважин путем применения циркуляционных переводников // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 6. С. 72–74. DOI: 10.24412/2076-6785-2021-6-72-74
18.11.2021
УДК 622.243.92
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-6-72-74

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (8552) 92-38-33